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arm-linux核心編譯過程小結

阿新 • • 發佈：2018-12-30

記在前面的雜七雜八

  1. 核心的生成，實際上最終的目的是生成一個binary檔案zImage，大小2-5MB的數量級。
  2. 使用者可以從kernel.org得到的tar.gz格式的核心原始碼，此程式碼解壓後，就會生成初始狀態的核心原始碼樹，這種狀態稱為核心的初始狀態。
  3. 通過make mrproper/make distclean等指令，可以使核心恢復到剛解壓的狀態。其中make mrproper只清除包括.config檔案在內的，為核心編譯及連線而生成的諸多配置檔案。distclean物件執行mrproper命令，清除核心編譯後生成的所有物件檔案，備份檔案等。
  4. 如果將初始化狀態的核心直接編譯，雖然能生成vmlinux，但大多數情況下會引起核心嚴重錯誤(kernel panic)。構建核心前，需要執行的最重要，最需謹慎處理的部分是核心配置(kernel configureation)過程。核心配置過程也是適當選擇與自身相吻合的各種核心要素的過程。
  5. 核心的配置可以用xconfig,menuconfig,gconfig等，最終都是會執行一個二進位制檔案，如menuconfig最終執行的是mconf，這個程式在./script/kconfig/目錄下。
  6. 在構建核心時，各個*.o的目錄下都有一個.*.cmd，這個檔案是記錄這個.o最終執行的編譯命令的，如vmlinux.cmd和.vmlinux.o.cmd。
  7. 一句make一般來說，預設的目標有兩個，一個是vmlinux，一個是zImage

  8. 通過emulator啟動goldfish的時候，實際上啟動的是zImage，這貨才2.5MB左右，啟動命令如下:

    emulator -show-kernel -kernel
     
     /mnt/VMDisk1/kernel/goldfish/arch/arm/boot/zImage -avd test -qemu -s
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  9. 在圖形化介面下，核心的配置也會有很多很多問題，一般每個系統均提供自定義配置檔案，這些配置檔案都是與具體晶片相關的(Soc, System on Chip)，如下：

tigger@ubuntu:/mnt/VMDisk1/kernel/goldfish$ cd arch/
alpha/      blackfin/   frv/        ia64/       microblaze/ openrisc/   s390/       sparc/      unicore32/  
arm/        c6x/        h8300
 
/      m32r/       mips/       parisc/     score/      tile/       x86/        
avr32/      cris/       hexagon/    m68k/       mn10300/    powerpc/    sh/         um/         xtensa/ 

tigger@ubuntu:/mnt/VMDisk1/kernel/goldfish/arch/arm/configs$ ll
total 632
drwxr-xr-x  2 tigger tigger  4096 2014-10-14 20:09 ./
drwxr-xr-x 88 tigger tigger  4096 2014-11-01 02:28 ../
-rw-r--r--  1 tigger tigger  1998 2014-10-11 02:28 acs5k_defconfig
-rw-r--r--  1 tigger tigger  2011 2014-10-11 02:28 acs5k_tiny_defconfig
-rw-r--r--  1 tigger tigger  2509 2014-10-14 20:09 afeb9260_defconfig
-rw-r--r--  1 tigger tigger  2241 2014-10-11 02:28 ag5evm_defconfig
-rw-r--r--  1 tigger tigger  2617 2014-10-11 02:28 am200epdkit_defconfig
......
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核心的構建

  • 如想使用goldfish的配置，可以：
    //根據goldfish_armv7_defconfig生成.config檔案
    make goldfish_armv7_defconfig
    //調整一些具體細節項
    make menuconfig
    //然後就可以編譯了
    make
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  • .config檔案是構建核心所需的核心配置目錄，它是在CONFIG_XXX變數中用y,n,m三個狀態進行配置的目錄，這種形態的核心配置系統叫做kconfig。根據kconfig提供的三個狀態(y,n,m)決定是否構建核心相應的模組（Kconfig系統中y,n,m只是bool型別的配置選項，實際上.config中可能有hex/int/bool/tristate/string這多種型別的選項）。

    • 狀態為y時：相應的二進位制檔案，與vmlinux連結。
    • 狀態為m時：不會和vmlinux連結，但作為模組執行編譯。
    • 狀態為n時：不編譯。

  • mconf通過.config配置檔案，生成autoconf.h標頭檔案

tigger@ubuntu:/mnt/VMDisk1/kernel/goldfish$ find ./ -name autoconf.h
./include/linux/autoconf.h
./include/generated/autoconf.h
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這兩個檔案是一樣的，也不知道誰複製的誰，大體看一下檔案內容：

#define CONFIG_RING_BUFFER 1
#define CONFIG_NF_CONNTRACK_H323 1
#define CONFIG_KERNEL_GZIP 1
#define CONFIG_INPUT_KEYBOARD 1
#define CONFIG_IP_NF_TARGET_REDIRECT 1
#define CONFIG_CRC32 1
#define CONFIG_NF_NAT_PROTO_SCTP 1
#define CONFIG_HAVE_AOUT 1
#define CONFIG_VFP 1
#define CONFIG_AEABI 1
#define CONFIG_FB_TILEBLITTING 1
#define CONFIG_HIGH_RES_TIMERS 1
#define CONFIG_BLK_DEV_DM 1
#define CONFIG_VLAN_8021Q 1
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可以發現，在.config中定義的的巨集，在預處理階段被處理成了各種#define語句。

  • 利用kconfig完成核心配置，準備好.config檔案後，即可構建核心。構建核心是指，編譯核心，連結各個二進位制檔案，最終生成一個二進位制檔案zImage的一系列過程。

  • 從linux2.6開始，核心採用kbuild系統來進行編譯了，kbuild是指上是一堆指令碼的組合。

linux核心Makefile分類: 
* Kernel Makefile： 位於核心原始碼的頂層目錄，也叫Top Makefile。主要用於指定編譯核心的目標檔案(vmlinux)和模組。在編譯核心或模組時，這個檔案會被首先讀取，並根據內容設定環境變數。 
* kbuild Makefile： kbuild系統使用kbuild Makefile來編譯核心或模組，Kbuild Makefile指定哪些編譯近核心，哪些編譯為模組。 
* arch Makefile： 位於./arch/$(ARCH)/Makefile，是系統對應平臺的Makefile。top makefile會包含這個檔案來指定平臺相關資訊，只有平臺開發人員需要關心這個檔案。

vmlinux的生成

編譯後，vmlinux是在核心目錄樹的根目錄下生成的一個ELF檔案，這裡以goldfish下執行make為例，檢視vmlinux的生成。 當執行make命令的時候，會先掃描核心的根目錄的Makefile:

##(後續只列舉關鍵內容)，./Makefile
##.PHONY: $(PHONY)是在Makefile最後定義的, .PHONY是將一個目標宣告為偽目標，
##這樣make在執行規則時不會試圖去查詢隱含規則來建立他(簡單理解不會把_all當
##成一個檔案，不會存在如果當前目錄存在_all這個檔案，而檔案不更新，系統不能編譯的問題)
##所有這樣的檔案都加到了.PHONY裡面。
PHONY := _all
##_all是編譯的預設目標，就是make指令的預設目標
_all:
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
##如果沒指定編譯模組
_all: all
else
##如果指定是編譯模組
_all: modules
endif
#如果沒指定編譯模組，則這裡最終編譯的就是vmlinux
#（注：在體系結構相關的makefile中一般還有一個all，即zImage）
all: vmlinux
vmlinux: $(vmlinux-lds) $(vmlinux-init) $(vmlinux-main) vmlinux.o $(kallsyms.o) FORCE
    ##vmlinux-modpost不存在，這裡好像是忽略了??
    $(call vmlinux-modpost)
    ##如果if_changed_rule成立則執行rule_vmlinux__
    $(call if_changed_rule,vmlinux__)
    ##刪除.old_version
    $(Q)rm -f .old_version
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後續會分析其中的各個目標

目標檔案 vmlinux.o

vmlinux.o是沒有去除符號表的可執行檔案，最終生成的vmlinux為真正的核心映象

-rwxr-xr-x   1 tigger tigger  61M 2014-12-22 01:21 vmlinux*
-rw-r--r--   1 tigger tigger 109M 2014-12-22 01:21 vmlinux.o
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目標檔案 vmlinux.lds

vmlinux.lds是一個連結指令碼，是給ld連結器使用的。一般來說，普通程式是不需要指定linker script的，也不需要關心各個section的具體位置。當程式執行時，kernel中的ELF Loader會根據ELF檔案頭解析可執行檔案的各個section，並把他們對映到虛擬地址空間。然而，核心啟動時，必須首先確定各個section的具體位置，這就是vmlinux.lds的作用。這個檔案必然是體系結構相關的，在arm中有兩個連線指令碼分別位於： 
./arch/arm/kernel/vmlinux.lds(這個是給vmlinux編譯用的連線指令碼，就是這裡面的vmlinux.lds) 
./arch/arm/boot/compressed/vmlinux.lds(這個是給zImage編譯時候用的連線指令碼)

目標檔案 kallsyms.o

在2.6核心中，為了更好的除錯核心，引入了kallsyms機制。kallsyms把核心中用到的所有函式地址和名稱連結到核心檔案，當核心啟動後，同時載入到記憶體中。當發生oops時候，核心就會 
解析eip位於哪個函式中，然後打印出backtrace資訊。核心編譯的最後，make會執行:nm -n vmlinux|scripts/kallsyms,其中： 
1. nm -n vmlinux負責生成所有的核心符號並按地址排序 
2. scripts/kallsyms負責處理這個列表，並生成需要的連結檔案tmp_kallsyms%.s 
也就是說kallsyms實際上是核心編譯完了之後，vmlinux中通過nm命令生成的，所以所有符號地址都包括了，實際上是和System.map是一樣的。 
而且kallsyms中所有函式的地址，是放在一個全域性陣列kallsyms_addresses[]中的，如下:

kallsyms_addresses:
        PTR     _text + 0x180
        PTR     _text + 0x180
        PTR     _text + 0x180
        PTR     _text + 0x194
        PTR     _text + 0x360
        PTR     _text + 0x374
        PTR     _text + 0x484
        PTR     _text + 0x594
        PTR     _text + 0x5f4
        PTR     _text + 0x5f8
        PTR     _text + 0x60c
        PTR     _text + 0x624
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kallsyms_addresses中的每一個表項，都在重定位表中有記錄，如果核心發生了重定位，那麼kallsyms中的內容也會跟著修改，所以cat /proc/kallsyms的時候總是看到的是真正的函式地址。

kallsyms的整個符號表，最終都會放在kallsyms.o檔案中。

#kallsyms也是最終依賴一個檔案，這個是.tmp_kallsymsX.o
kallsyms.o := .tmp_kallsyms$(last_kallsyms).o
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目標 vmlinux-init

#./Makefile
vmlinux-init := $(head-y) $(init-y)
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  • head-y
#./Makefile
#head-y定義在具體體系結構的makefile中,這句include會載入head-y的定義
include $(srctree)/arch/$(SRCARCH)/Makefile
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#./arch/arm/Makefile
#這裡的MMUEXT應該是是否開啟mmu的意思，如果不開啟就是head-nommu.o，開啟就是head.o
head-y := arch/arm/kernel/head$(MMUEXT).o \
        arch/arm/kernel/init_task.o
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  • init-y
#./Makefile
#一開始init-y是個目錄
init-y  := init/
#後續把init-y變數中所有符合%/的替換為%/built-in.o，這句之後init-y 被賦值為 init/built-in.o
init-y          := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(init-y))
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所以最終vmlinux-init 實際上是: 
1. arch/arm/kernel/head.o（這是Image/vmlinux的入口程式碼)。 
2. arch/arm/kernel/init_task.o 
3. init/built-in.o 
三者連結而來的。

目標 vmlinux-main

vmlinux-main := $(core-y) $(libs-y) $(drivers-y) $(net-y)
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  • core-y
#./Makefile
core-y := usr/
ifeq ($(KBUILD_EXTMOD),)
core-y  += kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
#如果是編譯核心的話，core-y最終包含: usr/ kernel/ mm/ fs/ ipc/ security/ crypto/ block/
#目錄下的built-in.o。編譯模組的話，就只包含usr/build-in.o。
core-y := $(patsubst %/, %/built-in.o, $(core-y))
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轉:Linux 程式編譯過程的來龍去脈

     
  
 
 轉自:https://blog.csdn.net/p23onzq/article/details/81977367 
 大家肯定都知道計算機程式設計語言通常分為機器語言、組合語言和高階語言三類。高階語言需要通過翻譯成機器語言才能執行，而翻譯的方式分為兩種，一種是編譯型，另一種是解釋型，因此我們基本上 



  
 

    


    
    
arm linux 系統呼叫過程

     
  
 
 在Linux下系統呼叫是用軟中斷實現的，下面以一個簡單的open例子簡要分析一下應用層的open是如何呼叫到核心中的sys_open的。 
 t8.c

   1:  #include <stdio.h>
   2:  #include <sys/types.h>
   3: 



  
 

    


    
    
Linux核心編譯以及新增系統呼叫函式

     
  
 
  
  
 實驗內容 
 （作者：Baron_w，禁止轉載） ⚫ 編譯 Linux 核心 ⚫ Linux 啟動過程 ⚫ Linux 系統呼叫實現分析 ⚫ 增加一個系統呼叫** 
 相關知識 
  
  dmesg 的用法 ⚫ 列出載入到核心中的所有驅動 我們可以使用如‘more’。 ‘tail’ , 



  
 

    


    
    
linux核心編譯報錯1- error: expected specifier-qualifier-list before 'u_quad_t'

     
  
 
 
  編譯核心出現 
  error: expected specifier-qualifier-list before 'u_quad_t' 
  錯誤。 
   
   
  解決方法： 
  在核心配置中有如下 
  File Systems -> 
   
      



  
 

    


    
    
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 2. 解壓核心 
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 3. 打補丁 
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